季冬梅+楊雪蓮

摘要：綜述了植物花青素的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，包括花青素的來源、種類、結(jié)構(gòu)及特性、提取與分離以及花青素的生理保健功能等，分析了花青素開發(fā)利用存在的問題，提出了花青素含量提高的方法。

關(guān)鍵詞：花青素；營養(yǎng)價(jià)值；保健功能；提取工藝

中圖分類號：Q946.83+6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）07-0150-02

1 引言

花青素又稱花色苷或花色素，是類黃酮化合物，廣泛存在于植物花瓣、果實(shí)、莖和葉的表面細(xì)胞和下表皮層中，植物顏色會隨著細(xì)胞液pH值的變化而改變[1]。在堿性條件下，花青素呈藍(lán)色，在中性環(huán)境下，呈無色，而在酸性條件下則呈紅色，其顏色的深淺與花青素的含量呈正相關(guān)。花青素可防止皮膚皺紋的提早生成，補(bǔ)充營養(yǎng)及消除體內(nèi)多余的自由基，抗輻射、預(yù)防癌癥、增進(jìn)視力、改善睡眠、預(yù)防心腦血管疾病等；花青素還可應(yīng)用于生產(chǎn)工業(yè)中，如加工制造化妝品、保健品等?，F(xiàn)在的食品工業(yè)上大多使用的是合成色素，它們具有不同程度的毒性，使用時(shí)間久了存在安全隱患。植物花青素是天然的食用色素，具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值和保健作用[2]，已越來越受到消費(fèi)者和研究人員的關(guān)注。

2 花青素的種類、結(jié)構(gòu)及特性

花青素存在于植物細(xì)胞的液泡中，可由葉綠素轉(zhuǎn)化而來。在植物細(xì)胞液泡不同的pH值條件下，使花瓣呈現(xiàn)五彩繽紛的顏色?，F(xiàn)已知的花青素有20多種，主要存在于植物中的有天竺葵色素（Pelargonidin）、矢車菊色素或芙蓉花色素（Cyanidin）、翠雀素或飛燕草色素（Delphindin）、芍藥色素（Peonidin）、牽牛花色素（Petunidin）及錦葵色素（Malvidin）。他們來源于不同種水果和蔬菜如紫甘薯、茄子、紅球甘藍(lán)、葡萄、藍(lán)莓、草莓、牽?；ǖ?。最早分離提取出的花青素是從紅葡萄渣中提取的葡萄皮紅色素[3]。

3 花青素的合成關(guān)鍵基因

目前，花青素的合成途徑已經(jīng)基本清楚，已經(jīng)鑒定出很多相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因和調(diào)節(jié)基因，利用基因工程技術(shù)進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化改良植物花青素積累?；ㄇ嗨氐倪z傳性較復(fù)雜，一個(gè)基因可控制多個(gè)部位的表達(dá)，且每一個(gè)都有不同的效果。花青素合成代謝相關(guān)結(jié)構(gòu)基因有查爾酮合成酶基因、查爾酮異構(gòu)酶基因、黃烷酮3-羥化酶基因、二羥基黃酮醇還原酶基因、花色素苷合成酶基因和類黃酮3-O-糖基轉(zhuǎn)移酶基因等?；ㄇ嗨睾铣纱x相關(guān)調(diào)控基因有MYB轉(zhuǎn)錄因子、堿性螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄因子、WD40轉(zhuǎn)錄因子和MYB/bHLH/WD40聚合體等。

4 花青素與環(huán)境脅迫

外界脅迫環(huán)境因子及人工干擾因子均對花青素代謝有影響。花青素作為黃酮類化合物中重要的一類，其他類黃酮物質(zhì)如單寧酸、異黃酮等的合成對花青素合成的影響。此外，關(guān)于花青素合成后的修飾、轉(zhuǎn)運(yùn)對花青素合成所造成的影響還有待進(jìn)一步研究[4]?；ㄇ嗨氐男纬?、含量以及穩(wěn)定性等方面都受環(huán)境條件的影響，主要體現(xiàn)在光照和溫度方面。花青素的穩(wěn)定性還因糖基的不同而不同，穩(wěn)定性基本上遵循葡萄糖>鼠李糖>半乳糖>木糖>阿拉伯糖。

在適宜的光照條件下可以促進(jìn)花色苷的合成和積累，所以果實(shí)向陽面的顏色會比背光面要鮮艷。受日光調(diào)控和紫外光誘導(dǎo)形成了CHI（查爾酮異構(gòu)酶）和CHS（查爾酮合成酶），且兩者存在協(xié)同性作用，促使花青素積累[5]。朱新貴等曾報(bào)道，在玫瑰茄組培研究中發(fā)現(xiàn)，玫瑰茄細(xì)胞合成花青素的數(shù)量隨著光照強(qiáng)度的增大而增加，而藍(lán)光（420～530 nm）是單色光中對促進(jìn)玫瑰茄細(xì)胞合成花青素最有效的，又叫做“藍(lán)光效應(yīng)”，但是綠光和黃光也能促進(jìn)玫瑰茄細(xì)胞合成花青素[6]。Lipphardt等研究表明強(qiáng)光與黑暗相比使金魚草生長CHS的活性增強(qiáng)10～20倍，強(qiáng)光中去掉紫外光則會降低CHS的酶活性，由此說明光反應(yīng)部分的紫外光誘導(dǎo)花青素合成[7]。此外花青素的積累還與礦質(zhì)營養(yǎng)有一定的關(guān)系，當(dāng)?shù)⒘?、硫等礦質(zhì)營養(yǎng)缺乏時(shí)，一些植物的花青素會積累。經(jīng)宋明等研究，在紅葉大頭芥中，積累花青素和表達(dá)結(jié)構(gòu)基因在環(huán)境脅迫的條件下都需要一定的處理時(shí)間來進(jìn)行誘導(dǎo)[8]。CHI基因表達(dá)量無明顯變化且表達(dá)量極低，而DFR和ANS基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)量隨脅迫時(shí)間的延長而增加，由此表明DFR和ANS基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)對紅葉大頭芥中花青素的合成起到了重要的調(diào)控作用，而且在強(qiáng)光脅迫下DFR和ANS的表達(dá)量是在低溫脅迫下DFR和ANS的表達(dá)量的兩倍，因此可以推測強(qiáng)光脅迫和低溫脅迫可能是紅葉大頭芥中花青素的合成途徑不同的原因之一。

5 提高植物花青素含量的方法

近年來花青素在保健方面的作用越來越受到人們的重視，利用基因工程改造植物花青素相關(guān)基因，提高花青素含量已成為研究的熱點(diǎn)。

齊艷等研究表明，青甘藍(lán)和紫甘藍(lán)分別在經(jīng)過UV-A和UV-B的處理后，花青素的含量都有明顯的提高，并且都在6 h達(dá)到了最大值，同時(shí)UV-B的處理比UV-A的處理更能提高甘藍(lán)花青素的含量，在青甘藍(lán)和紫甘藍(lán)中分別提高了45%和41%[9]。他們在分析花青素生物合成與代謝相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因和轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)情況時(shí)發(fā)現(xiàn)UV-A和UV-B促進(jìn)花青素積累的調(diào)節(jié)機(jī)制不同，甘藍(lán)中不同品種積累花青素的機(jī)制也不同，綜合分析結(jié)果表示，DFR和LDOX這2個(gè)下游結(jié)構(gòu)基因在UV-A和UV-B的不同處理以及青甘藍(lán)和紫甘藍(lán)不同的品種間的表達(dá)量都明顯提高了，這足以說明紫外照射對提高花青素的生物合成的下游結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)與甘藍(lán)花青素提高具有非常密切的關(guān)系。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)徐娟等發(fā)明了關(guān)于提高花青素含量的一項(xiàng)專利[10]。該發(fā)明涉及柑橘八氫番茄紅素合成酶基因用于提高草莓花青素含量以及利用所述柑橘八氫番茄紅素合成酶基因提高草莓花青素含量的方法。包括以下步驟：構(gòu)建柑橘八氫番茄紅素合成酶基因表達(dá)質(zhì)粒；優(yōu)化草莓遺傳轉(zhuǎn)化體系；利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將柑橘八氫番茄紅素合成酶基因表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)入草莓中，獲得表達(dá)柑橘八氫番茄紅素合成酶基因的草莓；將轉(zhuǎn)入柑橘八氫番茄紅素合成酶基因的草莓進(jìn)行分子生物學(xué)鑒定，檢測表達(dá)柑橘八氫番茄紅素合成酶基因的草莓中花青素的含量。利用柑橘八氫番茄紅素合成酶基因以及上述的方法可以顯著提高草莓中花青素的含量。

強(qiáng)光也可以提高花青素含量。李運(yùn)麗等研究表明：強(qiáng)光下紫羅勒葉片較厚，而弱光下葉片較薄，與弱光生長的紫羅勒相比，強(qiáng)光下單位葉面積葉綠素含量和花青素含量較高。由此，可以認(rèn)為光強(qiáng)通過影響紫羅勒葉片厚度、比葉面積、色素含量等從而改變其光合能力，提高光和能力和花青素含量有助于紫羅勒適應(yīng)強(qiáng)光環(huán)境[11]。

6 花青素開發(fā)利用中存在的問題

花青素是一類有特殊醫(yī)療保健功能的多酚物質(zhì)，在化妝品、保健品上都有著廣泛的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值，且富含原花青素的野生植物非常豐富，提取天然花青素應(yīng)用于日常生活，符合當(dāng)今人們對保健品的新要求。

然而迄今為止，國內(nèi)市場還沒有花青素的純品，所以如何能提取到高純度、高含量的花青素以及其提取工藝條件的優(yōu)化是目前人們首先要解決的問題。在提取花色素方法中，溶劑萃取法雖簡單，但是提取時(shí)間較長，溶劑的耗費(fèi)和排放較多，易對環(huán)境造成一定的污染。而超聲波法和高壓水法萃取率較高，但對儀器設(shè)備的性能要求比較高，工藝也較發(fā)雜，一般實(shí)驗(yàn)室很難滿足。所以，對于如何將藍(lán)莓果中的花色苷提取出來并更好地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中還需做進(jìn)一步地研究?，F(xiàn)在對于花青素合成途徑及相關(guān)方面已進(jìn)行了深入的研究，但它發(fā)揮生理功能活性時(shí)所涉及的分子結(jié)構(gòu)、信號通道以及酶的認(rèn)識都還不夠清楚，關(guān)于其修飾、轉(zhuǎn)運(yùn)、匯集過程以及其合成途徑在其他水平上的調(diào)控機(jī)制、花色苷的降解途徑和其他途徑的聯(lián)系等都還需要做進(jìn)一步的研究。

目前關(guān)于花青素的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，僅限于少數(shù)化妝品及保健品領(lǐng)域，想要深入研究它在人體中的生理作用及代謝特征，利用基因工程對其分子進(jìn)行修飾或?qū)π誀钸M(jìn)行改良后，應(yīng)用于醫(yī)療保健、食用色素等方面，這將對人類的生活及健康方面產(chǎn)生很大程度的影響。

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